SIMULACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO Y METANOL A PARTIR

DE LA GASIFICACIÓN DE CASCARILLA DE ARROZ CON VAPOR

• Introducción

En este documento se propone y simula un proceso de producción de hidrógeno y metanol a partir de la gasificación de cascarilla de arroz con vapor.

Debido a agotamiento de los combustibles fósiles, en la actualidad la necesidad de buscar energías renovables es mayor. Se ha seleccionado la cascarilla de arroz como biomasa para este estudio debido a que es un residuo agrícola, el cual es un subproducto no comestible

El gas que se obtiene, está principalmente compuesto de hidrógeno, CO y vapor de agua, metano, CO2 y nitrógeno. En un reactor shift, el CO reacciona con vapor de agua para producir más hidrógeno y dióxido de carbono, parte del dióxido de carbono se captura convirtiéndose en metanol al reaccionar con hidrógeno, resultando en un gas rico en hidrógeno, dióxido de carbono y metanol. El metanol y el agua se separan por condensación y los gases no condensables se separan del hidrógeno mediante una unidad de adsorción que permite obtener hidrógeno de una pureza de 97,5 % molar,

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

• Se hace la gasificación de cascarilla de arroz con vapor (C-1), y resulta un gas con composición de equilibrio 42 % molar en hidrógeno (H2). La reacción neta de la gasificación está dada por:

• La cantidad de H2 se aumenta posteriormente con la reacción entre carbono CO y vapor de H2O. La reacción se describe como:

• Obteniéndose una mezcla de gases compuesta de H2, H2O y CO2, que luego se comprimen en cuatro etapas de compresores (K-1 a K-4).

• Después estos gases pasan a un reactor (PBR-2) que captura CO2 mediante la producción de metanol (CH3OH)

Las se describen como:

El producto que sale del reactor se condensa con el fin de separar los gases (CO, CO2, H2, CH4 y N2) de los líquidos (CH3OH y H2O). En la fase gaseosa permite obtener 97,5 % molar H2 mediante absorción. La fase líquida obtenida se separa por destilación para obtener CH3OH.

SIMULACIÓN DEL PROCESO

El proceso se simuló con el software HYSYS 3.1 de Aspentech, empleando la Ecuación de Estado de Peng-Robinson. Se asumió una eficiencia adiabática del 85 % y relaciones de compresión iguales en los compresores que conforman cada tren de compresión para mayor rendimiento de la serie.

La composición de los gases producidos durante la gasificación de biomasa depende de factores operativos (temperatura, presión, cantidad y tipo de agente gasificante), las características particulares de la biomasa (especie, composición y origen), y del catalizador

Reacción de conversión de gas

El CO presente se utiliza para aumentar la cantidad de H2 mediante la reacción shift utilizando un catalizador de Fe3O4-Cr2O3, en el intervalo de temperatura esta entre de 573-633 K

Reacción de síntesis de metanol

Se utiliza altas presiones y como catalizador CuO-ZnO-Al2O3. Este catalizador es selectivo para la reacción de H2 con CO2 en presencia de vapor se requiere para obtener metanol a partir de una alimentación compuesta de H2 y CO2. La producción de CH3OH está favorecida por altas presiones y bajas temperaturas,

Se remueve los gases que acompañan al H2 que consisten principalmente de CO2, CH4 y N2. Las altas presiones y bajas temperaturas favorecen la purificación de H2 por adsorción puede usarse zeolita como adsorbente con recuperaciones de H2 del hasta el 85 %.

Purificación y compresión del hidrógeno